代强论文

北京农业职业学院清河分院

毕 业 论 文

论文（设计）题目：产品造型设计在汽车行业的应用

系别： 机电工程系 专业： 机械制造与自动化 班级： 高职机制0811

学生姓名（学号）： 代强（ 14 ） 指导教师姓名： 闫蔚

论文完成日期： 2011 年 4 月 30 日

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【摘要】

任何一件工业产品都包含着三个基本要素：物质功能、艺术造型及技术条件。技术条件，包括材料、制造技术和手段，是产品得以实现的物质基础。产品的三要素同时存在于一件产品中，它们之间有着相互依存、相互制约和相互渗透的关系。制造技术是制造活动所涉及到的一系列技术的总称，是提高产品竞争力的关键，也是制造业赖以生存和发展的主题技术。传统的制造技术仅强调工艺方法和加工设备。现代的制造技术不仅重视工艺方法和设备，还注重设计方法、生产组织模式、制造环境和谐统一、制造的可持续性以及制造技术与其他的科学技术的交叉和融合。

【关键词】：产品 制造技术 设计 可持续性

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目 录

引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 一、产品造型的先进制造技术的分类„„„„„„„„„„„„„ 5 （一）现代设计技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 (二) 先进制造工艺„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 （三）自动化技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 （四）系统管理技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 二、汽车制造技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 （一）铸造„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 （二）锻造„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 （三）机械加工„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6 （四）热处理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 （五）冲压„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 （六）焊接„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 （七）树脂加工„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 （八）涂装„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 （九）装配„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 三、汽车产品中材料的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 （一）复合材料在汽车上的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 （二）塑料材料在汽车上的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 （三）陶瓷材料在汽车上的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 （四）铝质材料在汽车上的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

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引言

四五十年代的轿车与现代轿车对比，前、后灯，发动机散热罩等的装饰过于繁琐，不仅增加了行驶阻力，而且不适合现代人的审美观。

一个新产品的在设计开发，大概可分为三个阶段即“问题概念化，概念可视化，设计商品化”。 产品设计是为了人们的使用去创造新产品或改良产品的一种过程，其主要考虑的是功能、可信赖、有用消费者常藉询问以下的问题来评估产品：如何使用此产品？产品的功能是否容易了解？是否会因拥有此产品而骄傲？此产品如何提升生活？此产品如合减少生活负担或帮从行销的观点来看，其最主要的目的在于创造利润，只要是有助于销售就是好的设计，因此，好就是能吸引人、诱人、能泪发购买欲望的。如以传统的购买经验来定义，吸引人的设计应具备一种优越而井然有序的结构，并且有某种程度的独创性，可以突显于诸多产品之外；此外，吸引人的设计在结构与操作上须注意传统上的习惯，使人们易于接受，而赢得人们对它的信赖。以现今社会消费型态来看，单纯以创新的功能及良好的结构，并不足以吸引消费者，经营者除了要达到产品的基本功能外，必需创造其特殊性，以吸引消费者的注意力；甚至必需注意流行的趋势。有些产品甚至不必具备特殊的功能，只需要有炫丽的外观，或是特殊的象征意义，即可获得消费者的青睐。因此以行销的观点而言，以生产的观点来看，经营者所关心的是如何在制造的程序中降低成本，以增加利润，因此设计必需考虑下列的因素以达到经营者的需求计最重要的就是去满足消费者的需求作好工作。

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一、产品造型的先进制造技术的分类

（一）现代设计技术

1.现代设计方法。现代设计方法包括产品动态分析和设计、摩擦学设计、防

蚀设计、可靠和可维护性及安全设计、优化设计及智能设计等。

2.设计自动化技术。设计自动化技术指应用计算机技术进行产品造型和工艺设计、工程分析计算与仿真、多变量动态优化。从而达到整体最优功能目标，实现设计自动化。

3.工业设计技术。工业设计技术指开展机械产品色彩设计和中国民族特色与世界流派相结合的造型设计，增强产品的国际竞争力。 (二)先进制造工艺

1.精密和超精密加工技术。精密和超精密加工技术采用去除加工、结合加工、

变形加工等加工方法，使工件尺寸。表面性能达到极高的精度。现在的精密。超精密加工已经向纳米技术发展。

2.精密成型技术。精密成型技术是生产局部或全部、无余量或少余量半成品的工艺方法的总称，包括精密凝聚成型技术、精密塑性加工技术、粉末材料构件精密成型技术、精密焊接技术及复合成型技术等。

3.特种加工技术。特种加工技术是指那些不属于常规加工范畴的加工，如高能束流加工、电加工、超声波加工、高压水加工以及多种能源的组合加工等。 4.表面改性、制膜和涂层技术。表面改性、制膜和涂层技术是采用物理、化学、金属性、高分子化学、电学、光学和机械学等技术及其组合技术对产品表面进行改性、制膜和涂层，赋予产品耐磨性、耐腐、耐热、抗疲劳、耐辐射以及光、热、磁、电等特殊功能，从而提高产品质量、延长使用寿命和赋予新性能的新技术的统称，是表面工程的重要组成部分。

（三）自动化技术

制造自动化是指用机电设备取代或放大人的体力，甚至取代和延伸人的部分

智力，自动完成特定的作业，包括物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产环节的自动化。其目的在于减轻劳动强度，提高生产率，减少在制品的数量，节省能源消耗以及降低生产成本。

自动化技术主要包括数控技术、工业机器人技术、柔性制造技术、计算机集成制造技术、传感技术、自动检测及信号识别技术和过程设备工况监测与控制技术等。（四）系统管理技术

系统管理技术是指企业在市场开发、产品设计、生产制造、质量控制到销售服务等一系列的生产经营活动中，为了是制造资源得到总体配置优化和充分利用，使企业的综合效益得到提高而才去的各种计划、组织、控制及协调的方法和技术的总称。它是现代制造技术体系中的重要组成部分，对企业的最终效益提高

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起着重要作用。

系统管理技术包括工程管理、质量管理、管理信息系统等，以及现代制造模式、集成化的管理技术、企业组织结构与虚拟公司等生产组织方法。

二、汽车制造技术

（一）铸造

汽车铸造业的重要课题就是零部件的轻量化。实现轻量化所要解决的就是如何做到高强度、高品质和低成本。为了实现高强度，以半固态压铸、高真空压铸为代表的减少气体含量的压铸技术正在不断发展。在高品质方面，镁合金铸造是下一代轻金属的核心材料，同时镁铝复合缸体也在被量产化。在低成本方面，铸造需要解决原材料涨价、成份变化等问题。为了实现高强度、高品质、低成本的目的，制造技术的最优化非常重要。铸造制件的优化设计与商品竞争力的关系越来越密切，因此，铸造技术CAE(计算机辅助设计)也是发展方向之一。铸造技术CAE有助于解决制造部件批量生产的难题。 （二） 锻造

汽车的轻量化必然带来燃油经济性的提高和C02的降低。锻造不仅要多使用铝、镁、钛合金等轻量化材料，还要研究新的设备润滑剂和模具表面处理方法。在锻造领域大量使用IT也可以减少环境污染。通过开发表面质量好的铸造钢坯来代替以往的铸造钢坯，可以取消清理工序降低锻造毛坯成本。从环保的角度看，对冷锻造钢丝的塑性加工表面处理采用环保调和无磷润滑剂，而不使用磷酸锌和石灰碱，已经到了实用化阶段。由于其不会产生加速滞后断裂的浸磷现象，所以适用于高强度螺栓。不使用粉末润滑剂还可以减少对镦锻机的污染，取消3次加工中热处理前处理膜去除工序，对减少环境污染贡献很大。另外，热、冷复合锻造中的冷减薄工序，由过去的磷酸盐氧化膜处理复合排放变成单一的润滑剂排放物，同样对减少污染非常有利。 （三）机械加工

在机械制造行业，随着生产和销售全球化趋势的形成，人们强烈需求构建柔性生产体系以降低成本，应对市场需求的变化。随着环保意识和汽车品质的不断提高，加工技术和生产系统也正在发生巨大的变革。柔性化生产体系不仅要应对品种的变化，还要应对数量上的变化。因此，对柔性化且低成本的加工设备、夹具、搬运装置和工具的需求非常强烈。加工设备既需要结构简单紧凑，还要能够满足加工尺寸和加工负荷的要求；夹具不仅需要能应对部件尺寸、加工模式的变化，还要能快速夹紧。在工具方面，普遍的策略是对精度要求高的功能部位使用复杂的专用工具进行特殊的加工，而对一般的部位则使用单轴数控机来对应，从而做到兼顾设备的低成本和柔性化。从环保的角度考虑，采用节省能源和减少废弃物、有效且量少的润滑油半干加工方式被普遍使用。通过最佳的雾化手段和适

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量的油剂，与各种加工材料相对应。通过采用铁屑吸引系统等切屑处理技术，使设备结构不再受制约，冲洗冷却也可被省略。在保证质量方面，通过IT的灵活使用可以进行远距离的生产线监控，实时确保设备开动率。 （四） 热处理

汽车轻量化的发展趋势，使提高部件强度的技术开发受到重视。由于汽车部件大多使用高强度和耐磨的材料，所以以发动机、驱动系统为主的部件多数采用渗碳淬火、高频淬火和氮化热处理。驱动系统齿轮一般采用以减少渗碳异常层、提高韧性为目的的高强度渗碳钢为减少残留压应力进行喷丸强化。近来，通过采用高浓度渗碳技术和渗碳渗氮的最优化来提高表面疲劳强度，该强化方法被作为提高轴承寿命的手段而广泛使用。解决热处理变形是热处理技术的永恒课题，尤其是从降低齿轮噪声和简化精加工工序的角度来解决热处理变形。虽然用油淬火法可解决部分热处理变形，但采用气体冷却技术却更加有效，而最有前途的是热处理模拟技术。通过模拟技术可以进行冷却控制、分析气体冷却流向、进行冷却气室设计、变形预测等。另外，作为解决热处理变形的手段之一，科学地运用氮化处理是发展方向。氮化处理不进行淬火，所以热处理变形很少，但是由于强度不够，使用上会受到。可以通过添加AI、TI、V等氮化物来加强其强度。 （五） 冲压

由于车身轻量化和具有强撞击性的要求，车身部件普遍采用轻量化的高强度钢板。骨架部位大多采用590Mh级强度的钢板，部分车身还采用780MPa和980MPa级钢板。然而，高强度钢板普遍具有加工性和形状冻结性差的特点，因此改善加工技术非常重要。目前比较流行的是既采用过去的冷加工又采用现代热冲压技术。现代热冲压就是对材料进行预加热，冲压成形时通过模具进行急冷的一种加热方法,它可以大幅度提高部件强度。过去的镀锌钢板因高温而被氧化，所以无法使用。而现在可采用镀铝钢板来提高耐腐蚀性。对冲压钢板实施高频淬火来提高部件强度的技术也在被开发中。当然，淬火时由于热应变使精度降低，但是，通过事先给予逆方向的弹性应变来约束部件，再进行加热，就可以解决此类问题。轻量化材料还有铝合金板。它和高强度钢板一样，加工性和形状冻结性较差。作为成形技术，过去只适用于小批量生产的吹塑成形技术，而现在可适用于大批量生产翼子板和行李箱。为了缩短产品和模具开发周期，运用FEM(有限元分析)也是至关重要的。FEM能分析部件表面变形、拉延成形、翻边弯曲等，还能预测裂纹和皱纹，同时FEM还有助于开发液压成形的模拟技术。对于高强度钢板的回弹FEM，通过考虑鲍欣格效应和模具的挠曲，可以明显提高精度。对于冲压设备，目前发展主要集中在伺服冲压机的开发和采用领域。通过使用滑动平行度和运动曲线控制技术，过去冲压机很难做到的事情现在成为可能，将来还要实现更高品质、更高附加值的冲压成形。另外，带有伺服电动机的模具缓冲机构也正在开发中。它可以应用于模具缓冲机构上升时的锁止控制和降低噪声方面。

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（六） 焊接

近年来，汽车制造商为了达到安全、环保和燃油经济性的目标，开发新车型普遍兼顾了车身的轻量化、高强度和高刚性。提高撞击安全性必然会带来车身质量的增加，与轻量化的要求相矛盾，所以如何兼顾是需要研究的课题。为了解决该难题，采用高强度钢板和铝制材料车身的趋势越来越明显。高强度钢板在向更高强度方向发展。伴随着高强度钢板的广泛应用，为了确保点焊时稳定的焊接质量，目前的趋势是采用电动伺服焊对焊接进行细微的管控。轻量化的另一个有效手段是采用铝合金。这些年把它运用在盖板上的实例越来越多，钢板与铝的混合车身的批量生产也已开始。铝材料主要使用点焊、铆接、弧焊和激光焊。另外，铁和铝不同材料的焊接也在吸引人们的兴趣，这方面的研究将面临新的突破。目前，连续性激光焊接技术既提高了车身刚性，又带动了粘结剂的发展。但是粘结剂时间一长，状态就会产生变化并有环境污染的问题，使用受到一定的局限。车身焊装生产线今后的趋势是多品种混流，为此点焊不仅要大量导入机械手，而且还要有通用性高的搬运装置。为了应对轻量化、高强度、高刚性的需求，更加环保的焊接技术还要进一步发展。 （七） 树脂加工

随着汽车回收再利用法规的出台和防止地球温室效应的呼声日见高涨，对CO2排放的法规更加严格。首先，较容易再利用的材料是PP类材料。仪表板正由复合材料向单一的烯烃类材料发展，原来的石油类树脂制件正向天然植物类例如洋麻、竹子、甘薯等制件方向发展。今后，植物纤维制作汽车的地毯，生物塑料制造汽车的备胎和轮罩等都是发展的方向。为了减少C02的排放量，树脂材料需要进一步轻量化，同时需要大幅度减少加工能源消耗。保险杠采用刚性较好的PP类树脂，壁厚和质量要比过去减少20%。薄壁化不但可以缩短冷却时间，也能提高生产效率。大型电动成形机的开发，使保险杠制造可以使用电动注射模成形机来完成，节省生产能源。对保险杠以外的部件，诸如油箱和进气管等，为了减轻质量，也可以使用树脂材料。随着新加工技术和新材料的实用化以及环境保护意识的不断强化，树脂部件在汽车制造方面将大有用武之地。 （八）涂装

有机化合物排放的减少可通过溶剂涂料的水性化、硬质涂料化、提高涂装的附着率等。尤其是水性化，在涂装工序中，有机溶剂含量最多的面漆溶剂变成了水性溶剂但是在保险杠的涂装、底漆和面漆室上水性化使用得极少，这也是今后的研究课题。。汽车涂装干燥依赖于热干燥，同时使用UV(紫外线)硬化和热硬化，缩短炉体长度。关于涂装的色彩，这几年的趋势是由过去的清淡型变成现在的鲜艳型。对于高级车，人们喜欢冲击力强和彩度高的色彩，因此需要进行多层涂装和多次烘烤。最近，通过改进涂装工艺和开发新材料，得到了比过去冲击力更强、彩度更高的色谱。

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（九） 装配

所谓装配就是把零部件按照整车流程的需要进行装配，是保证整车品质的最终关口。除了最终检查，过去的做法是在主线的中间、分装线的末端等关键点安装不同的检测装置来进行品质检测。近年来，为了提高安全性，ITS技术被广泛应用，汽车上安装了双向信息终端，电子部件/ECU/各种执行元件等新功能。通过模块化的推广，将会提高各模块的功能、缩短产品生产周期、改善作业环境、提高物流效率、降低部件成本等。灵活地利用CAE，进行车辆开发和生产、制造准备、装配标准化，对缩短开发周期贡献很大。

三、 汽车产品造型中材料的选择

（一）复合型材料在汽上的应用

复合材料在获得轻量化结构方面的优势最大，而且复合材料技术已经成熟，但是汽车制造还要求复合材料能够低成本大批量地用于汽车生产。复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。各材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类，金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金；非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须。金属丝和硬质细粒等。

由于复合材料具有特殊的震动阻尼特征，可减震和降低噪音、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成型，故可由于制造汽车车身、受力构件、传动轴。发动机架及其内部构件。

（二）塑料材料在汽车上的应用

塑料是一种高分子材料，近年来在汽车上的应用越来越多，已由内外装饰件向车身复盖件和结构件方面发展。例如前照面、保险杠、发动机罩、行李箱盖、顶盖、翼子板、车门内护板和某些车身骨架构件等。塑料在汽车上的应用有以下6大优点：

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1.轻量化是汽车业追求的目标，塑料在此方面可以大显其威。一般塑料的比重在0.9－1.5之间，纤维增强复合材料比重也不会超过2.0，而金属材料的比重A3钢为7.6、黄铜为8. 4、铝为2.7。因此应用塑料是减轻车体重量的有效途径。 2．塑料成型容易，可使形状复杂的部件加工简单化。例如仪表台用钢板加工，往往需要先加工成型各个零件，再分别用联接件装配或焊接而成，工序较多。而用塑料可以一次加工成型，加工时间短，精度有保证。

3.塑料制品的弹性变形特性能吸收大量的碰撞能量，对强烈撞击有较大的缓冲作用，对车辆和乘员起到保护作用。因此，现代汽车上都采用塑化仪表板和方向盘，以增强缓冲作用。前后保险杠、车身装饰条都采用塑料材料，以减轻外物体对车身的冲击力。另外，塑料还具有吸收和衰减振动和噪声的能力，可以提高乘坐的舒适性

4.通过不同组份搭配的复合材料有含硬质金属的颗粒复合材料，有以夹层板材和树脂胶合纤维为主的层板复合材料和以玻璃纤维、碳纤维为主的纤维复合材料，这些复合材料具有很高的机械强度，可以代替钢板制作车身复盖件或结构件，减轻汽车的重量。

5.塑料耐腐蚀性强，局部受损不会腐蚀，而钢材制件一旦漆面受损或者先期防腐做得不好就容易生锈腐蚀。塑料对酸、碱、盐等抗腐蚀能力大于钢板，如果用塑料做车身复盖件，十分适宜在污染较大的区域中使用。

6.根据塑料的组织成份，可以通过添加不同的填料、增塑剂和硬化剂来制出所需性能的塑料，改变材料的机械强度及加工成型性能，以适应车上不同部件的用途要求。例如保险杠要有相当的机械强度，而座垫和靠背就要采用柔软的聚胺脂泡沫塑料。更方便的是塑料颜色可以通过添加剂调色产生不同的颜色，可以省去喷漆。有些塑料件还可以电镀，例如ABS塑料具有很好的电镀性能，可用于制作装饰条、标牌、开关旋扭、车轮装饰罩等。 （三）陶瓷材料在汽车上的应用

工程陶瓷主要用在发动机上面。工程陶瓷不是不堪一击的普通陶瓷，它具有良好的综合性能，高温强度高，耐磨性强，隔热性好，密度比低、弹性模量高。因此用它代替金属材料能大幅度提高热机效率，降低能源消耗，从而达到汽车轻量化效果。目前，工程陶瓷已用于制造发动机和热交换器零件。在发动机上应用主要有陶瓷活塞，陶瓷气缸套、陶瓷配气机构零件、陶瓷燃烧室、增压器陶瓷叶轮等。目前工程陶瓷材料存在的问题是价格贵和成品率较低，解决这一问题尚需时日。

（四）铝质材料在汽车上的应用

铝是人们最熟悉的金属之一。铝制炊具，铝制窗门等等，铝做为日常生活中最常用的金属，已经深入人们生活的各个方面。而在汽车领域中，铝材的广泛应用是近二十多年才出现的事情。从70年代起，轿车技术上最明显的变化之一是大量

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启用了轻型材料，出现了许多用铝、塑料等做成的部件，其中铝材用量最多，集中在车身构件、发动机、空调器、保险杠、装饰件、车座等部件上。由于铝的比重只有铁的三分之一，质量轻，而且铝材几乎可以全部回收，重新加工使用，对环境保护有好处。有些铝合金材的物理性能已与车用钢材相似，具有相当的强度和刚度，成本也日趋降低。，有些新型的铝合金材具有良好的冲压性、可焊性和抗蚀性，具有一定的强度和钢度，适用于制造刚度大的承载构件。塑料在汽车上

的应用

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结论

实践证明，汽车造型设计是根据汽车整体设计的多方面要求来塑造最理想的车身形状。汽车造型设计是汽车外部和车厢内部造型设计的总和。它不是对汽车的简单装饰，而是运用艺术的手法科学地表现汽车的功能、材料、工艺和结构特点。汽车造型的目的是以其的美去吸引和打动观者，使其产生拥有这种车的欲望。汽车造型设计虽然是车身设计的最初步骤，是整车设计最初阶段的一项综合构思，但却是决定产品命运的关键。汽车的造型已成为汽车产品竞争最有力的手段之一。汽车应向具有质量轻、强度高，成型加工省工时和设备，以及减少污染等优点发展。汽车轻量化的目的，主要在于提高燃油经济性。此外，非金属材料如塑料用量的增加，体积小、质量轻的电子产品的大量应用，也对汽车的轻量化发挥了作用。

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参考文献

[1]孙燕华.先进制造技术.西安：西安电子科技大学出版社，2006． [2]欧阳志红.机械设计基础.机械工业出版社，2008．

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致谢

我要特别感谢闫蔚老师，及在这三年来给予我知识帮助我的各位老师。是他们在我毕业的最后关头给了我巨大的帮助与鼓励，使我能顺利完成毕业论文，在此表示衷心的感激。闫老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我受益匪浅,她无论在理论上还是在实践中，都给我与很大的帮助，使我得到不少的提高，这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢她耐心的辅导。

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